缢蛏热固性形成机制与时空适应策略的研究

Understanding the plastic thermal tolerance of organisms is essential for exploring the tolerance and response mechanisms of organisms to acute temperature variation or extreme temperature and predicting possible alterations in population and community in the context of global climate change. Heat-hardening, a crucial and rapid process to cope with frequent thermal stress, can benefit the survival of organisms or the maintenance of population under the condition of frequent thermal stress. However, molecular mechanisms and adaption strategies to environment of heat-hardening are not clear. Here, the razor clam Sinonovacula constricta, an economically important aquaculture species in the coastal beach ecosystem, is employed as study object to detect the molecular basis and regulation mechanisms of heat-hardening by integrating multi-omics and physiological methods. Meanwhile, considering the seasonal temperature change and variation in tidal cycles, the question that how heat-hardening changes with temperature variation and temperature predictability can be answered with the implement of in situ temperature monitoring system. The present study will hopefully reveal the underlying mechanisms of plastic response to thermal stress in keystone species, understand the adaptation strategies of intertidal shellfish to complex environment and predict the changes in shellfish population. In addition, the study can also benefit the farming industry of S. constricta in China.

深入理解生物热耐受可塑性，对探究生物对温度骤变或极端温度的耐受能力和响应机制，预测生物种群及群落在未来气候变化格局下的变化具有重要意义。热固性是生物响应频繁高温胁迫的一种快速生理可塑性机制，有利于生物在频繁高温胁迫下存活及种群维持。目前，这一生理可塑性的分子机理及其与环境的时空适应策略尚未完全明确。本项目以沿海滩涂埋栖贝类缢蛏为研究对象，利用生理学和多组学技术手段探究缢蛏热固性作用的分子机理与调控机制；聚焦潮间带环境季节性变化及潮汐周期差异，利用原位温度监测手段，考察缢蛏热固性与环境温度变化及可预测性间的联系，揭示缢蛏热固性时空适应策略。本项目的研究成果有助于深入理解贝类应对温度胁迫的可塑性及其响应机制，查明潮间带贝类对生境的适应策略及预测潮间带贝类种群动态和沿海滩涂生态系统功能恢复；同时，本项目亦有助于指导缢蛏水产养殖过程，规避环境温度胁迫风险，具有重要的实践意义。

深入理解生物高温耐受能力、高温胁迫响应机制及高温耐受生理可塑性，对于理解生物响应及适应温度骤变及极端温度的机制和策略具有重要意义，也有助于准确预测生物种群在未来气候变化格局下的变化。本研究从高温耐受能力、高温耐受可塑性及相关分子机制角度探讨了潮间带埋栖贝类缢蛏对环境温度及热环境快速变化的响应模式。结果表明，缢蛏在与其生境相似的热环境中具有更高的亚致死温度；在受到高温胁迫时，缢蛏会上调热休克蛋白等基因来应对高温带来的不利影响，维持蛋白水平稳定，并会上调MOCS3、NFIA等其他关键基因并维持核糖体相关基因表达来应对该热环境中的高温胁迫，促进高温下存活，体现了其对潮间带区域温度和热环境快速变化的生理适应。此外，研究发现缢蛏的热固性效应可以和季节驯化效应同步作用，在高温季节协同地提高缢蛏的高温耐受能力，同时，缢蛏的热固性效应强度与季节最高温度有关，季节最高温度可以诱导出最强的热固性作用，并体现出24小时的周期依赖性，这体现了其对潮间带周期性高温的适应性；基于多组学的研究结果，我们发现缢蛏的热固性效应与热休克蛋白的响应解偶联，但是与膜脂成分的调节有关，热胁迫促使膜脂成分中的甘油磷脂类含量增加，从而增加了缢蛏随后的热耐受能力，在此基础上，更高的诱导温度尽管可以引起热休克蛋白的响应，但是也会导致能量成本，减少能量代谢物质含量，致使更高的诱导温度并不伴随着更强的热固性效应。我们的研究结果有助于深入了解生物的高温响应机制及高温耐受可塑性在其应对全球气候变化过程中的作用，并有助于进一步理解生物在全球气候变化境况下的适应及进化策略。..